JPH0546161B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば３相一括型のガス絶縁開閉装
置に用いられる変流器に係り、特に磁気光学効果
を持つ光磁界センサによつて構成したガス絶縁変
流器に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、例えば３相一括型のガス絶縁開閉装置に
用いられるガス絶縁３相変流器は、ケイ素鋼板に
コイルを巻き付けて成る鉄心タイプの変流器コア
により構成されている。

この様な従来のガス絶縁３相変流器の一例を第
３図に基いて説明する。円筒形のタンク１内には
ｕ，ｖ，ｗ相の３相の導体２ｕ〜２ｗが配設され
ている。タンク１の前後には絶縁スペーサ３が設
けられ、これによつて導体２ｕ〜２ｗが支持され
ている。タンク１は、その軸に垂直に前後に分割
され、前方にあつては本来の径を有するタンク１
ａと、後方にあつて変流器コア４の寸法分だけ径
が大きくされたタンク１ｂとから構成されてい
る。このタンク１ｂの内側端部の導体２ｕ〜２ｗ
の延長上に夫々変流器コアが設置されている。そ
して、この変流器コア４の前方（即ち、後方のタ
ンク１ｂの端部）には支持板５が設けられ、変流
器コア４の内側にはこれと連結して絶縁シールド
６が設けられ、これらにより、変流器コア４の支
持、及び導体２ｕ〜２ｗとの絶縁がなされてい
る。更に、タンク１の下部には、変流器コア４の
電流を引き出す為の密封端子７が設けられてい
る。

ところで、この様なガス絶縁３相変流器におい
ては、３箇所に設ける変流器コアが重い為、これ
を支える支持板、絶縁シールド等もかなりの大き
さとなり、これらを３箇所に設ける為に機器が複
雑・大型化し、重量も大きくなつてしまう。ま
た、変流器コアは１コアで１用途にしか使用でき
ない為、継電器用や計測用などに複数のコアが必
要となり、これも大型化の原因となり、コスト的
にも高価となつてしまう。

これらの欠点に鑑み、最近では、細径性、絶縁
性、無誘導性、耐環境性等の優れた特徴を有する
光フアイバーを用いた計測技術が注目され、これ
を応用した光磁界センサにより変流器を構成する
試みがなされている。

第４図及び第５図により、この様な光磁界セン
サを用いたガス絶縁３相変流器の一例を説明す
る。

タンク１内に配設された３相の導体２ｕ〜２ｗ
には、その高電界側に光磁界センサ８が設けら
れ、この延長上のタンク１外側には、密封端子７
が設けられている。光磁界センサ８は、ZnSe等
のフアラデー素子を主体として偏光子、1/4波長
板、検光子等から構成され、密封端子７は光送信
器LEDと、光受信器PD及び演算子OPからなる検
出装置１０に光フアイバーケーブル９を介して接
続されている。ここで、光磁界センサ８は、第５
図の如く、各導体２ｕ〜２ｗの周囲にそれぞれ複
数個づつ設けられ、導体の軸を中心とした同心円
接線方向の磁界を計測し、その周回積分の近似式
からアンペールの定理に基いて中心導体の電流を
計測する様になつている。

このガス絶縁３相変流器の作用は次の通りであ
る。即ち、密封端子７を介して光送信器から光磁
界センサ８に光が送られると、この光はまず偏光
子を通り、ランダム偏光から直線偏光になり、1/
４波長板で位相変調を受けて円偏光となる。そし
て、フアラデー素子を通過する際に磁界の大きさ
に応じた楕円偏光となつて、検光子で強度変調さ
れて再び密封端子７に戻り、これに接続された検
出装置に送られた光受信器によつて光パワーとし
て取り出して、演算処理によつて磁界の大きさに
比例した出力が取り出される。

光磁界センサは絶縁性に優れる為、上記の如く
導体２ｕ〜２ｗの近傍に配置でき、また密封端子
７も小型化できる。その結果、ガス絶縁３相変流
器は大幅に縮小、軽量化される。特に具体的に数
値を示せば、長さについては20％程度、直径につ
いては60％程度に縮小された実例がある。また、
光磁界センサは、信号の多重化が自由である為、
従来の様に、使用用途別に複数のコアを設けるも
のと違い、１つのセンサを設けるだけで、これを
多用途に使用できる。従つて、この点において、
変流器をより小型化・簡略化することが可能であ
り、コスト的にも安価である。

〔背景技術の問題点〕

しかし、この様な従来の変流器では、各光磁界
センサが検知する磁界の方向は、導体の軸を中心
とした同心円接線方向であるため、３相一括母線
の様に近接して他相の導体が配置されていると、
隣接相による導体軸方向と垂直な成分の影響を受
け易い。即ち、第６図において、ｕ相の導体２ｕ
の電流を考えると、図中の磁力線φがｖ相、ｗ相
の導体２ｕ〜２ｗを横切るため、ｖ相、ｗ相の導
体近傍においては各相の導体自身によつて生じる
磁界に、このｕ相の導体２ｕの電流による磁界が
合成される。このことは、ｖ相、ｗ相の導体２
ｖ，２ｗを考えた場合も同様であり、各導体の磁
界は、複雑な様相を呈している。従つて、導体近
傍に、当該導体の電流と位相を計測する光磁界セ
ンサを設ける際には、他相磁界の影響を排除しな
ければ、計測データの精度は大幅に低下する。

特に、事故電流は、平常時の電流の25倍にも達
することもあり、その磁界は距離に反比例して小
さくなるとはいえ、隣接相の光磁界センサの測定
制度に影響を与えることは避けられない。

この様に、光磁界センサを導体の周囲に設置
し、磁界の導体軸方向と垂直な成分についての周
回積分を行つている従来の変流器では、隣接相の
磁界によつて計測相の磁界が歪むため、それが計
測誤差となつて現れ、精度の高い計測が実施でき
ない問題点があつた。

また、導体の周囲に光磁界センサを配置して周
回積分を行うものでは、光磁界センサの分だけ導
体周囲が突出する上、精度を向上するための導体
の全周囲を取巻く様に光磁界センサを配置する
と、それだけ大型の光磁界センサを使用する必要
があり、センサの製作が極めて困難になり、また
重量も増大する欠点があつた。

更に、光磁界センサは、受動素子であり、入射
光用と出力用にそれぞれ１乃至２本の光フアイバ
ーケーブルが必要であり、従来型の様にセンサの
数が多いとケーブルの本数も増大し、３相一括母
線全体としてみると、その接続箇所や接地タンク
貫通部のガス気密部が増加し、構成機器の部品点
数の増大や信頼性の低下を招く欠点もあつた。

上記の様な従来技術の問題点を解消するために
発明者は先に、隣接相の磁界の影響を受けること
なく精度の高い計測が可能で、しかも周回積分を
必要とすることなく一方向センサを使用し、部品
点数が少なく信頼性の高いガス絶縁３相変流器を
開発した。

即ち各相の導体の光磁界センサ配設部分に内部
が中空となつたコイル部を形成し、このコイル部
内に導体の軸方向の磁界を発生させ、この磁界を
コイル部内に軸方向に沿つて配設した一方向型の
光磁界センサで検出することにより、隣接相で発
生する導体軸と垂直方向の磁界に影響されること
なく、計測を実施する様にしたものである。

特に、コイル部を少なくとも２ターン以上形成
することにより、コイル部内に形成される磁界の
方向を、導体の軸方向と極力一致させることによ
り、光磁界センサによる軸方向の磁界の検出が高
精度で行える様にしたものである。

しかしながら前述したコイル部内に光磁界セン
サを収納した変流器は、課電部であるコイル部と
これが収納されるタンクとの絶縁距離の関係上、
コイル導体断面を大きくとれないため、大電流通
電への適用を考えたとき、コイル部の温度上昇を
所定値以内に抑えることができない可能性のある
ことが懸念される。即ち6000A／8000A等の大電
流定格の場合導体をAlで形成し、コイル部をCu
等高導電材料を用いて形成してもコイル部の温度
上昇値が規定値を越えてしまう可能性があり、こ
の問題点を解決することが要望される。

〔発明の目的〕

本発明は上記要望を満足させるためになされた
もので、コイル部内に光磁界センサを収納したも
のに於て、特にコイル部の温度上昇を抑制するこ
とができるガス絶縁変流器を得ることを目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために本発明によれば、
コイル部に近接する導体に、コイル部の熱を積極
的に近接導体に伝達させてコイル部の温度上昇を
抑制させる熱吸引手段具体的にはヒートパイプ等
を設けるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第１の一実施例を第１図及び第
２図Ａ，Ｂに従つて具体的に説明する。

第２図Ａ，Ｂは、光磁界センサとタンク側の検
出装置との信号の伝送を、光フアイバーケーブル
を使用することなく、タンク内の空間をそのまま
利用して行う空間伝送型の変流器に本発明を適用
した実施例である。また３相一括型のものについ
て説明する。

この実施例において、３相一括型接地タンク１
１内には、ｕ，ｖ，ｗの各相の導体１２ｕ〜１２
ｗがタンク１１の軸方向に沿つて平行に配設され
ている。これら各導体１２は、筒状の中空導体で
あつて、その光磁界センサの配設部には、内部が
中空となつたコイル部１３が前記導体１２の軸方
向に沿つて形成されている。このコイル部１３
は、棒状の導体を少なくとも２ターン巻回して形
成している。このコイル部１３内の中空部分に
は、導体１２の軸方向の磁界に対して最大感度を
持つ様に、フアラデー素子を有する光磁界センサ
１４を配置している。

この光磁界センサ１４は、直線状の磁界を計測
する一方向型のセンサで、その形状も導体１２の
軸方向に沿つた真直ぐな棒状体をしている。ま
た、この光磁界センサ１４は、コイル部１３に接
続された円筒状導体１２の端部に固着しコイル部
１３内に突出させた支持台１５を介して、コイル
部１３の中心軸上に位置する様に固定している。
この光磁界センサ１４の支持台１５側の端部側面
には、タンク１１に固定された検出装置１６とセ
ンサの軸方向（導体の軸方向）間に送受信される
光を屈曲させるプリズム１４ａを、更に光磁界セ
ンサ１４の支持台とは反対側の端部にはプリズム
１４ａからの光の反射面１４ｂを設けている。

タンク１１に固定された検出装置１６はタンク
１１を貫通する密封端子１７部分に設けられ、光
発振器（発光ダイオード）LEDと光受信器（フ
オトダイオード）PD及び演算子１６ａとから構
成されている。

ここでコイル部１３に接続される円筒状導体１
２について更に詳述する。第１図及び第２図Ｂに
於て、第１の実施例をコイル部１３の左側の導体
で、また第２の実施例を右側の導体で説明する。
第１の実施例では中空状導体の内部にヒートパイ
プ１２０Ａを収納している。ヒートパイプは導体
１２の端部即ちコイル部１３側に密着させるよう
にして配置してある。また第２の実施例では、導
体１２とコイル部１３との接続に、導体を形成す
るヒートパイプ１２０Ｂを接続したものである。
従つてコイル部１３はヒートパイプ１２０Ｂを介
して導体１２と接続されるものである。

この様な構成を有する本実施例の変流器におい
て検出装置１６の光発信器LEDから発した光は、
図示しない偏光子により直線偏波され、その直線
偏光がタンク１１内を空間伝送して、プリズム１
４ａから光磁界センサ１４内に入射し、次いで反
射面１４ｂにて光磁界センサ１４内に送込まれ
る。そして、光磁界センサ１４のフアラデー素子
において、そこに加わる磁界により所定のフアラ
デー角回転した後、プリズム１４ａを介して再び
空間伝送され、光受信器PDに光量変化として入
力され、演算子１６ａから電気信号として取出さ
れる。

この様な本実施例の変流器においては、第１図
に示す様に導体１２の部分では電流i₁が導体の軸
方向に流れ、それに伴つて導体１２の周囲には、
その軸中心まわりに磁界φ₁が発生するが、コイ
ル部１３では施回しながら流れる電流i₂が存在す
るため、コイル内部空間の磁界φ₂の向きは導体
１２の軸方向とほぼ平行で同軸状となり、隣接相
の導体を流れる電流i₃による磁界φ₃とは直交する
関係にあり、隣接相の磁界の影響を受けることが
ない。特に、本実施例では、コイル部１３の導体
のターン数を少なくとも２ターン設けることによ
り、各ターン間におけるコイル部１３内の磁界の
方向を直線状としたので、隣接相の磁界の影響を
効果的に排除できる。

一方導体１２並びにコイル部１３の通電時の温
度上昇を考えるとき、コイル部１３の温度上昇
は、これを接続する導体１２に比較して通電容量
の点から温度上昇が著しい。しかしながら本発明
にあつてはコイル部１３の両側にコイル部１３か
らの発熱を積極的に移動させうる熱吸引手段であ
るヒートパイプ１２０Ａ，１２０Ｂが夫々設けら
れているので、全体としてコイル部の温度上昇を
抑制することができ、大電流定格の変流器として
使用することが可能となる。

以上の様に、本発明によるガス絶縁変流器は、
導体を少なくとも２ターン巻回して成るコイル部
によつて、導体の軸方向と平行な磁界を発生さ
せ、これを光磁界センサで検出して電流の計測を
実施し、コイル部の熱を、コイル部を接続する導
体に積極的に移動させるものであるが、その構成
は、図示のものに限定されるものではない。

例えば、コイル部の導体のターン数は、２ター
ンに限らず、ターン数を多くすれば光磁界センサ
部分の磁界強度を大きくすることができるので、
その分他相磁界の影響が少なくなり、多少光磁界
センサの光軸とコイル中心軸とのずれがあつても
高精度の磁界測定を行うことができる。

また、３相一括型の変流器について説明したが
単相変流器であつてもよいことは勿論である。

更に３相一括型の場合各導体の軸方向に少なく
ともコイル部長だけコイル部をずらして配置する
ことも可能である。この場合にはコイル径の小形
化が可能となる。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明によれば、導体の一部に形
成したコイル部内に一方向型の光磁界センサを設
け、コイル部を接続した導体におけるコイル部に
接近した部位に熱吸引手段を設けるという簡単な
構成により、高精度の計測を行え且つ大電流定格
にも適用しうるガス絶縁変流器の提供が可能とな
る。尚、コイル部を構成する導体を少なくとも２
ターン形成して、コイル部内に導体の軸方向に沿
つた直線状の磁界が発生する様にすることにより
３相一括型の場合には他相の磁界の影響を受ける
ことなく、しかも一方向型の光磁界センサの使用
が可能となる効果がある。

また、光磁界センサとして一方向型のものを使
用することで、光磁界センサの小型化及び製作の
容易化が達成され、更に光磁界センサの削減によ
りこれに接続するフアイバーケーブルの本数も少
なくなるので、変流器の構成の単純化が計れる効
果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス絶縁変流器の磁界の
状態を示す斜視図、第２図Ａ，Ｂは本発明の一実
施例を示す断面図及び側面図、第３図Ａ，Ｂは従
来の変流器コアを用いたガス絶縁３相変流器を示
す正面図と側面図、第４図Ａ，Ｂは光磁界センサ
を使用したガス絶縁３相変流器の一例を示す正面
図と側面図、第５図は周回積分による光磁界セン
サを使用したガス絶縁３相変流器の断面図、第６
図はガス絶縁３相変流器における他相磁界の影響
を示す断面図である。 １，１ａ，１ｂ…タンク、２ｕ〜２ｗ…導体、
３…絶縁スペーサ、４…変流器コア、５…支持
板、６…絶縁シールド、７…密封端子、８…光磁
界センサ、９…光フアイバーケーブル、１０…検
出装置、１１…タンク、１２…筒状導体、１３…
コイル部、１４…光磁界センサ、１５…支持台、
１６…検出装置、１６ａ…演算子、１７…密封端
子、２０…ボルト、２１…光フアイバーケーブ
ル、２２…密封端子、２３，２４…挿入孔、
LED…光発信器、PD…光受信器、１２０Ａ，１
２０Ｂ…ヒートパイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ SF₆ガス等の絶縁ガスが封入されたタンク内
   に導体を配設し、この導体には少なくとも２ター
   ン巻回して内部が中空となつた導電性のコイル部
   を形成し、このコイル部内に導体の軸方向の磁界
   を発生させるようになし、このコイル部内に前記
   軸方向の磁界を検出する一方向型の光磁界センサ
   を配設し、 タンク上又はタンク外部には、光発信器と光受
   信器及び演算子とから成る各相の検出装置を配設
   し、この検出装置と前記光磁界センサとの間で光
   を伝送する構成となし、前記コイル部に近接する
   導体にはコイル部の温度上昇を抑制するための熱
   吸引手段を施こしたことを特徴とするガス絶縁変
   流器。 ２ 検出装置と光磁界センサとの光の伝送手段
   が、光の空間伝送によるものである特許請求の範
   囲第１項記載のガス絶縁変流器。 ３ 各相のコイル部が、導体の軸方向に沿つて少
   なくともコイル部長だけずれた位置に配設されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のガス絶縁変流
   器。 ４ 導体に施こした熱吸引手段が、導体内に収納
   配置したヒートパイプである特許請求の範囲第１
   項記載のガス絶縁変流器。 ５ 導体に施こした熱吸引手段が、導体のコイル
   部に接続される部分をヒートパイプにより構成し
   たものである特許請求の範囲第１項記載のガス絶
   縁変流器。